孫建智，李增高，賈曉燕

（1. 山東華森建材集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2. 濟(jì)南安順達(dá)新型建筑材料有限公司，山東 濟(jì)南250014；3. 青州弘巖工程服務(wù)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 混凝土耐久性的定義及意義

混凝土耐久性是指在規(guī)定的或正常的使用期限內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)能夠保持要求的強(qiáng)度和服役性能，而且在可能遇到的侵蝕環(huán)境中能滿足預(yù)定使用功能的要求能力。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為混凝土是一種耐久性良好的材料。突出例子如法國(guó)的地鐵建筑（圖 1），部分已有200 年歷史，仍然完好。古羅馬斗獸場(chǎng)（圖 2）更是有幾千年歷史?；炷潦欠N非常好耐久的材料，但是需要和使用一定考慮它的耐久性。

圖1 法國(guó)的地鐵建筑

圖 2 古羅馬斗獸場(chǎng)

意義：近些年出現(xiàn)的問(wèn)題和形勢(shì)的發(fā)展，使人們認(rèn)識(shí)到混凝土材料的耐久性應(yīng)受到高度重視。一方面國(guó)內(nèi)外大量的混凝土結(jié)構(gòu)物沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的使用年限，受環(huán)境作用而過(guò)早破壞。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，各類投資巨大、施工期長(zhǎng)的大型工程日益增多。例如大跨度橋梁、超高層建筑、大型水工結(jié)構(gòu)物等，所以人們對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的期待日益提高，希望混凝土構(gòu)筑物能夠有數(shù)百年的使用壽命，做到歷史彌堅(jiān)。

耐久性對(duì)現(xiàn)代混凝土工程來(lái)說(shuō)意義也非常重大。若是耐久性不足，將會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果，甚至對(duì)未來(lái)社會(huì)造成極為沉重的負(fù)擔(dān)。我國(guó) 20 世紀(jì)五六十年代所建設(shè)的混凝土工程已有五六十年。這些工程由于種種原因很多已經(jīng)被提前拆除重建了，此類工程的調(diào)查顯示，該時(shí)期混凝土工程一般在 20 年后腐蝕嚴(yán)重，對(duì)混凝土腐蝕的修復(fù)費(fèi)用之大往往超過(guò)重建所需費(fèi)用。研究混凝土耐久性，大幅提高混凝土耐久性，降低混凝土在各種嚴(yán)酷條件下，諸如暴露于有害氣體或受到各種有害離子的侵蝕而帶來(lái)的破壞性，從而使結(jié)構(gòu)的使用壽命延長(zhǎng)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)現(xiàn)階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模遠(yuǎn)超過(guò)以往，在此過(guò)程中施工的混凝土工程的結(jié)構(gòu)壽命對(duì)不遠(yuǎn)的將來(lái)可以說(shuō)意義重大。

2 混凝土劣化機(jī)理

2.1 混凝土劣化過(guò)程

混凝土劣化過(guò)程大致分三個(gè)階段，首先混凝土表面開裂出現(xiàn)裂紋裂縫，然后有害介質(zhì)、空氣水分等進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，最后致使混凝土內(nèi)部鋼筋開始銹蝕，體積膨脹，造成混凝土的劣化。劣化過(guò)程見圖 3。

圖3 混凝土劣化過(guò)程

2.2 混凝土劣化機(jī)理

混凝土劣化機(jī)理見圖 4。

3 混凝土耐久性的影響因素

影響混凝土耐久性的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，除去社會(huì)因素、環(huán)境因素、人為因素等，技術(shù)因素主要有：

3.1 混凝土的抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性是混凝土的基本性能，也是混凝土耐久性的重要指標(biāo)?；炷潦强讖礁鳟悾?0～500μm）的多孔體，當(dāng)其周圍介質(zhì)有壓力差時(shí)（或是濃度差、溫度差、電位差），就會(huì)有服從流體力學(xué)的介質(zhì)遷移，即滲透。而混凝土的抗?jié)B性是指其抵抗水、油等壓力液體滲透作用的能力。對(duì)混凝土耐久性起重要的作用。

圖4 混凝土劣化機(jī)理

混凝土抗?jié)B透性的主要影響因素：（1）水膠比，水膠比高抗?jié)B性相對(duì)較低；（2）骨料最大粒徑，粒徑大則界面應(yīng)力就大，界面缺陷就會(huì)較多，抗?jié)B性就低；（3）骨料滲透性，骨料品種也會(huì)對(duì)抗?jié)B性存在影響；（4）養(yǎng)護(hù)方法，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)可以提高混凝土的密實(shí)性，提高抗?jié)B性。

3.2 混凝土碳化

大氣中的二氧化碳滲入混凝土內(nèi)，同時(shí)在氣相、液相和固相中有一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。碳化本身不會(huì)導(dǎo)致混凝土劣化，但對(duì)其性能會(huì)產(chǎn)生很大影響。其一是碳化收縮，會(huì)產(chǎn)生體積變化導(dǎo)致混凝土的開裂和結(jié)構(gòu)破壞；其二碳化會(huì)使硬化水泥漿中孔隙溶液的 pH 值從 12.6～13.5 降至 9 左右。如果鋼筋表面附近區(qū)域的附近 pH 值降到一定程度，減弱了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，會(huì)使鋼筋表面的氧化膜消失，在水和氧氣的共同作用下發(fā)生鋼筋銹蝕。

3.3 混凝土的凍融破壞

凍融破壞盡管僅在嚴(yán)寒地區(qū)才會(huì)出現(xiàn)，倘若不采取適當(dāng)防范措施，將成為混凝土耐久性失效的主要因素?；炷恋拿?xì)孔中會(huì)存在一定的自由水，而這些自由水就是遭受凍害的主要因素。因?yàn)樗隼鋾?huì)結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，從而造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。

影響混凝土抗凍性的因素有混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)、水的飽和程度、受凍齡期以及混凝土的強(qiáng)度?；炷恋目捉Y(jié)構(gòu)及強(qiáng)度又主要取決于混凝土的水灰比、有無(wú)外加劑和養(yǎng)護(hù)方法等。

3.4 堿—集料反應(yīng)

由無(wú)定形的或結(jié)晶程度低的二氧化硅組成的骨料或含有這種二氧化硅的骨料在混凝土中會(huì)被水泥漿液相中的堿和石灰侵蝕，并發(fā)生反應(yīng)生成一種固體的、粘滯狀的或液體的二氧化硅凝膠，粘附于活性骨料的周圍。此種凝膠吸水后，可能是無(wú)限腫脹型的，也可能是有限腫脹型的，無(wú)論是何種類型的凝膠，干燥后都會(huì)結(jié)晶出來(lái)，產(chǎn)生腫脹，破壞混凝土的物理結(jié)構(gòu)，直接影響硬化混凝土的力學(xué)強(qiáng)度。由于產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，往往會(huì)使混凝土表面出現(xiàn)地圖狀開裂，直至毀壞。

堿—集料反應(yīng)大致分兩類，一類是堿硅酸反應(yīng)，一類是堿碳酸鹽反應(yīng)。發(fā)生堿—集料反應(yīng)需要滿足三個(gè)條件：活性氧化硅、堿性氧化物、充足的水。

4 改善混凝土耐久性措施

要提高混凝土耐久性必須從混凝土的劣化機(jī)理和混凝土耐久性影響因素兩方面著手，抑制或減弱影響耐久性的不利因素。與此同時(shí)還可以從抵抗力和作用力兩方面著手，增加抵抗力就能抑制或延緩作用力的破壞。提高混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性會(huì)有利于耐久性的改善。做好以下幾點(diǎn)可以有效地提高混凝土耐久性：

（1）嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)，謹(jǐn)慎地選擇水泥和集料，確?；炷临|(zhì)量，保證其強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土的抵抗力。

（2）加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)和施工過(guò)程中的控制，控制好水膠比保證混凝土強(qiáng)度。

（3）合理選擇外加劑、摻加聚合物或使用涂層材料等，在改善混凝土工作性的同時(shí)，增強(qiáng)混凝土的均勻性和密實(shí)性，減少質(zhì)量缺陷，從改善混凝土耐久性。

（4）通過(guò)添加特殊性能的外加劑（比如引氣劑、防凍劑、膨脹劑等）來(lái)改善混凝土的耐久性。

5 結(jié)語(yǔ)

耐久性是一項(xiàng)涉及環(huán)境、材料、設(shè)計(jì)、施工等多種因素的長(zhǎng)期性能，破壞過(guò)程又十分的復(fù)雜。較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)試存在著不少困難。試驗(yàn)室采用的快速模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)一個(gè)或幾個(gè)少數(shù)破壞因素作用下的一種或幾種性能變化，進(jìn)行比對(duì)加以測(cè)試的方法還不夠理想?？梢蚤L(zhǎng)期進(jìn)行暴露試驗(yàn)和工程實(shí)物進(jìn)行觀測(cè)，從而積累數(shù)據(jù)，將有助于對(duì)混凝土耐久性的研究評(píng)定。